铜的基本知识详解.doc

铜 第一部分：铜的基本知识介绍 一、铜的发展史 铜是一种传统而又现代的重要金属材料。在人类使用的所有材料中，铜对人类文明的影响最显著。从人类文明的初期直到当今进入公元第三个千年，铜对于社会的不断进步业已做出并将继续做出重大贡献。 铜是人类最早认识和使用的金属，也是人类用以制造工具的第一种金属。考古资料证实，远在一万年以前，在西亚就用铜来制作装饰件等物品。古埃及人在象形文字中，用带圈的十字架表示铜，含义是“永恒的生命”，赞誉了它经久耐用和可以重复再生使用的特性。人类从居无所定到定居，以及到从事农业生产和饲养牲畜，一直在使用铜。随着铜在生产和生活中的日益广泛应用，人类文明从石器时代步入了铜器时代。据记载，在阿纳托尼亚发现了公元前5000多年前人类社会最早的铜器，公元前 3000-4000年,西班牙韦尔瓦地区的工匠们就在提炼铜。在中东地区的西奈荒漠中出土了公元前3500年前的最早的铜炉。在埃及，公元前2750年的基厄普斯金字塔内发现了铜水管，说明当时铜在工程上已得到重要应用。约在公元前2500年，发现了铜与锡形成的合金，生产出比纯铜更坚硬耐用的青铜器和青铜工具，进入了青铜器时代。公元前一世纪罗马人开始使用铜与锌的合金——黄铜，扩大了铜合金的品种和应用范围。 在中国，4000多年前的夏禹时代就有了青铜器。距今3000－3500年的商、周年代达到了鼎盛时期。青铜器的种类、数量和制造水平远远超过了世界其它地区的任何文明。它们充分展现了中国古代社会的发达程度和中华民族先辈的高度智慧。例如，铸钟技术起源于当时的中国，从设计到制作工艺都很精细，反映了当时社会发展的水平。此后，该技术逐步传入西方，最后到达英国。英国的考古发现，铸钟出现在公元1000年左右。同时，中国也是使用金属货币最早的国家，而金属货币中，历代又以铜币为主。所以，中国古代的货币史，实际上就是铜币史。 18世纪末和19世纪初发现了电和磁，利用了铜的优异导电性能，使电的应用得以实现，促进了工业革命，并推动铜进入了一个新纪元。 随着人类社会向电气化、自动化、信息化和网络化的方向迈进，铜在生产建设、人民生活以及高新技术上的重要作用日益明显。当前微电子工业中“铜芯片”革命的兴起，以及采用xDSL (数字用户专线)技术使标准铜电话线同时运载高速数据得以实现，就是很好的例证。确实，铜不仅是一种传统的非常有用的金属，而且还是重要的现代高新技术材料。 二、铜的自然属性及特性 1、铜的自然属性 金属铜，元素符号Cu，原子量63.54，比重8.92，熔点1083℃。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫铜色。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，具抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。 铜冶炼技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法冶炼为主，其产量约占世界铜总产量的85％。 1）火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到20一30％，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造梳熔炼，产出的熔梳（冰铜）接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99．9％的电解铜。该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95％，但因矿石中的硫在造铣和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。 2）现代湿法冶炼有硫酸化焙烧---浸出---电积，浸出---萃取---电积，细菌浸出等法，适于低品位复矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。 2、铜的特性 铜的简要特性示于上图 铜与金和银在元素周期表中同属一族，因而具有与贵金属相似的优异物理和化学性能。它塑性好、易加工、耐腐蚀、无磁性、美观耐用。特别是，铜的导电和导热性除略逊于银以外，是所有金属中最好的。由于银比较昂贵，因而铜是被广泛应用的最佳导电体和导热体。工程上，把退火纯铜的导电性规定为100％,其它材料与它对比进行标定，称为IACS值（国际退火铜标准值）。因为铜的导电性对微量杂质 很敏感，所以在生产上可以用IACS值作为铜纯度的一个指标。高纯铜的IACS值可达 101.5％。高纯铝（99.996％）和工业纯铝（99.5％）的IACS值分别为64.94％和 59％。也就是说，在电气工程应用中，铜材的导电性比铝材高35％以上。 铜能与其它许多金属形成合金。例如，铜与锌的合金称为黄铜，铜与镍的合金称为白铜，铜与铝、锡等元素形成的合金称为